面试题：MongoDB副本集扩容时如何保证数据一致性

Question

当对MongoDB副本集进行扩容操作时，怎样确保新加入节点的数据与现有副本集成员的数据保持一致性？请从数据同步机制、选举流程等方面进行分析。

Answer 1

数据同步机制

1. 初始化同步：
   • 新节点加入副本集后，会从现有节点（通常是优先级较高的主节点或同步源节点）进行初始化同步。这个过程中，新节点会请求获取整个数据集的初始快照。
   • MongoDB通过oplog（操作日志）来实现数据的同步。oplog记录了主节点上所有的写操作，新节点在完成初始快照同步后，会开始从oplog中获取后续的写操作，并在本地重放这些操作，从而保持与其他节点的数据一致。
2. 增量同步：
   • 在初始同步完成后，新节点会持续从同步源节点获取oplog中的新操作记录，这就是增量同步。新节点会不断应用这些增量操作，以保证数据与副本集中其他节点实时同步。
   • 副本集中节点之间会通过心跳机制（通常每2秒一次）来维持连接并交换状态信息，这也有助于确保增量同步的正常进行。如果发现同步延迟等问题，会通过心跳信息进行反馈和调整。

选举流程

1. 选举暂停：
   • 在扩容操作新节点加入时，为了确保数据一致性，副本集选举流程会受到一定影响。通常在新节点数据同步完成并达到可参与选举状态之前，副本集不会进行选举操作（除非出现异常情况，如主节点故障等）。
   • 这是因为在新节点数据未同步好时参与选举可能会导致数据不一致的节点成为主节点，从而引发数据问题。
2. 节点状态：
   • 新加入节点在数据同步期间，其状态为STARTUP或STARTUP2。只有当数据同步完成且节点认为自身数据与其他节点一致（通过oplog时间戳等机制判断）后，才会转换为SECONDARY状态。
   • 只有处于SECONDARY状态且满足一定条件（如优先级、投票权等配置）的节点才能够参与副本集的选举。这样可以保证在选举新主节点时，参与选举的节点数据都是相对一致的，从而维持整个副本集的数据一致性。